Parker Hannifin crea un exoesqueleto robótico mediante la fabricación digital
Gracias al análisis del diseño y a la entrega rápida de moldes, la empresa tecnológica especializada en el movimiento y control de robots ha podido acelerar su desarrollo
Todo empezó hace siete años cuando Don Washkewicz, CEO de Parker Hannifin, formuló esta pregunta a su equipo: «¿Cuál es el futuro de nuestra empresa?».
Esto generó una serie de actividades dirigidas a vislumbrar nuevos territorios y oportunidades que asegurasen el crecimiento de la empresa en el futuro. La iniciativa finalmente llevó a la compañía a investigar cómo podría adaptar sus competencias centrales en tecnologías de movimiento y control para desarrollar dispositivos robóticos corporales en el ámbito de las prótesis y ortesis.
Durante este proceso, Parker Hannifin contactó con investigadores de la Universidad Vanderbilt que trabajaban en la adaptación de la tecnología robótica para ayudar a pacientes con parálisis de las extremidades inferiores a aumentar la movilidad y recuperar la capacidad de caminar. A partir de esta colaboración se desarrolló un exoesqueleto corporal que consiste en un soporte colocado en las caderas y las piernas, y que funciona con motores, baterías y otros componentes electrónicos.
En 2012, Parker Hannifin y Vanderbilt llegaron a un acuerdo para conceder licencias de la tecnología y, al poco tiempo, la empresa comenzó a trabajar para comercializar un exoesqueleto robótico llamado Indego. El Dr. Ryan Farris participó activamente en el desarrollo de la tecnología como parte de su doctorado en Vanderbilt, y Parker Hannifin lo nombró responsable técnico de la unidad de negocios encargada de lanzar Indego al mercado.
En busca de un material flexible y de una solución de fabricación
Al principio del proyecto, Farris y su equipo en Parker Hannifin se dieron cuenta de que los proveedores habituales de la empresa tardaban demasiado en entregarles los presupuestos de producción y las piezas finales fabricadas, lo que les
Farris era consciente de que, en un mercado altamente competitivo donde el éxito de un producto depende de cada paso del proceso de desarrollo, el tiempo es oro. Este objetivo —acortar los ciclos de diseño y fabricar piezas más rápido— lo llevó a encargar a Protolabs la creación de prototipos y piezas finales.
«Básicamente, utilizamos Protolabs para probar nuevas ideas», explica Farris. «Por ejemplo, cuando estamos valorando una posible mejora en el diseño, queremos poder crear las piezas y ver cómo funcionan lo más rápido posible».
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Los ingenieros de Parker Hannifin encargados de crear un exoesqueleto robótico necesitaban una solución de fabricación rápida para acelerar el desarrollo y reducir los riesgos del diseño.  SoluciónGracias a una combinación de tecnologías de fabricación digital y el sistema de elaboración automática de presupuestos de Protolabs, definieron un proceso de diseño con numerosas iteraciones sin que ello afectara al plazo de lanzamiento.
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Un reto en particular que planteaba el diseño y que requería la entrega rápida de piezas estaba relacionado con un componente que funciona como un tubo de luz del dispositivo. Esta pieza transmite la luz de un pequeño LED de una placa de circuito integrada al exterior para que el usuario pueda ver el estado del dispositivo.
«Este pequeño indicador es especialmente importante porque permite al usuario (parapléjico o que ha sufrido un infarto, por ejemplo) saber en qué estado se encuentra, cuál es el modo activo y qué está a punto de ocurrir con el dispositivo», señala Farris.
El diseño inicial del tubo de luz se fabricó en un termoplástico transparente moldeado. Después de varios ciclos de prueba, se hizo evidente que el material era demasiado frágil para soportar el uso diario, ya que el sistema estaba diseñado para flexionarse con el movimiento del usuario. Farris comentó que el tubo de luz era parte de un conjunto más grande, y que el movimiento relativo del conjunto no casaba con la rigidez del componente de plástico.
El objetivo de acortar los ciclos de diseño y fabricar piezas más rápido lo llevó a encargar a Protolabs la creación de prototipos y piezas finales.
Creación rápida de moldes de caucho de silicona para acelerar la producción
Junto a su equipo, Farris evaluó de nuevo el material usado para el tubo de luz y decidió fabricar la pieza con silicona líquida (LSR). Una pieza de LSR moldeada podría flexionar-se de manera natural con el movimiento del usuario y tener una durabilidad indefinida. Pero no solo se trataba de identificar el material adecuado. También necesitaban crear moldes de una forma económica y optimizada para esta etapa del desarrollo del producto, puesto que el diseño aún no estaba finalizado.
El exoesqueleto robótico todavía se encontraba en la fase de creación de prototipos y las aprobaciones de la FDA aún estaban pendientes, por lo que una inversión costosa en moldes tradicionales no era lo ideal. Farris recurrió al proceso de moldeo por LSR de Protolabs para fabricar rápidamente varios componentes del tubo de luz a fin de probar el nuevo diseño y poder realizar nuevas iteraciones en caso necesario.
Recalca además que la clave para acelerar el proceso de creación de moldes fue el sistema interactivo de elaboración de presupuestos de Protolabs. Tanto él como su equipo utilizan este sistema con frecuencia para subir piezas y obtener presupuestos al cabo de pocas horas. Luego realizan las iteraciones necesarias hasta lograr el coste previsto. Esto permitió que se realizaran numerosas iteraciones durante el proceso de diseño y, al mismo tiempo, redujo los costes de desarrollo, porque todo podía lograrse digitalmente a través del software y no requería la fabricación de las piezas finales.
El proceso automático de elaboración de presupuestos ahorra semanas de tiempo de desarrollo
Después de recibir las piezas de LSR moldeadas, probaron el nuevo diseño y consideraron que tenía la flexibilidad y durabilidad necesarias para soportar el uso diario del sistema Indego. «Estamos muy contentos de haber cambiado el material de la pieza por la silicona líquida», asegura Farris. «La luz se transmite correctamente, la visibilidad del indicador para el usuario es excelente y no hemos tenido ningún problema de durabilidad desde el cambio».
Farris calcula que el servicio de moldeo de Protolabs ahorró a su equipo entre uno y dos meses al fabricar las piezas de LSR en unos días. Con los moldes optimizados para la producción de bajo volumen, se pudo acortar la distancia entre los primeros prototipos y la producción final.
«Si hubiésemos intentado realizar estas piezas internamente, probablemente habríamos tardado un mes debido a las limitaciones del ancho de banda», explica Ferris.
Pero estas modificaciones en el diseño iban más allá de una mejora del producto desarrollada en un laboratorio de I+D. Farris señaló que este es un ejemplo de la estrategia general de la compañía, que consiste en centrarse en el servicio al cliente escuchando los comentarios de los usuarios e implementando las mejoras del producto rápidamente.
«Nuestro objetivo es actuar con la máxima celeridad. Al desarrollar nuevos productos, parte de nuestra ventaja competitiva es la rapidez. Cuando surgen problemas en el uso de nuestros productos, podemos demostrar que los clientes nos importan dándoles una respuesta rápida», asegura.
Además de la pieza de LSR moldeada, los ingenieros y diseñadores de Indigo confiaron plenamente en las tecnologías de mecanizado CNC e impresión 3D de Protolabs durante el desarrollo del exoesqueleto robótico. Por ejemplo, Farris señala que hizo mecanizar los accesorios para asegurar los componentes en su lugar mediante soldadura ultrasónica. También utilizó la impresión 3D para construir prototipos de nailon mediante el sinterizado selectivo por láser antes de pasar al moldeo por inyección.
Con la fabricación a la carta a su disposición, Parker Hannifin ha podido reducir el tiempo de desarrollo, lanzar productos innovadores al mercado más rápido y responder con eficacia a los comentarios de los clientes. En términos generales, Farris calcula que la unidad de negocio Human Motion and Control de Parker Hannifin ha fabricado miles de componentes (cifra que incluye las piezas moldeadas) con Protolabs y continuará utilizando sus servicios de fabricación digital en las futuras generaciones de Indego.